基于核磁共振微缩传感器的地下空间水缘性灾害预警方法与流程

技术特征：
1.一种基于核磁共振微缩传感器的地下空间水缘性灾害预警方法，其特征在于步骤为：首先采用电阻率测试法对待检测预警的成型地下空间、隧道及地下水库坝体的主要水源分布区域进行探测，并根据低电阻分布特征获取潜在水源区域(1)的位置；利用岩心钻机钻取监测区域不同位置的围岩岩心，将围岩岩心完全干燥后，通过低场核磁共振技术测试获得各个围岩岩心的核磁信号；采用钻机分别向潜在水源位置钻取多个不同深度、不同角度的核磁监测钻孔(3
‑
1)，清除核磁监测钻孔(3
‑
1)内的残余水渣并干燥钻孔，向核磁监测钻孔(3
‑
1)底部安装低场核磁共振微缩传感器(4)，利用低场核磁共振微缩传感器(4)实时检测围岩内水的空间分布演化；根据低场核磁共振微缩传感器(4)获得的孔隙核磁特征和相应的水体空间分布演化规律，构建诱发水害的预警阈值和安全评估准则，当低场核磁共振微缩传感器(4)采集到的水体信号幅值及谱图面积超过阀值后则判断岩层潜在水缘性灾害，从而实现超前报警。2.基于核磁共振微缩传感器的地下空间水缘性灾害预警方法，其特征在于具体步骤为：a.城市地下空间、隧道或地下水库坝体完型后，利用电阻率测试法对其内部潜在赋存水源进行探测，根据数据反演获得的低电阻区域确定周围岩层潜在水源的大致空间位置；b.将成型地下空间距离潜在水源区域(1)之间的岩层分为不同埋深、不同岩石属性的岩层(2)，然后从成型地下空间中利用岩心钻取机向岩层(2)钻孔取岩心，并利用低场核磁共振技术对干燥状态下被钻取的岩心进行测试，获得各个干燥岩心的基质核磁信号特征；c.利用钻机向潜在水源区域(1)分别钻取不同深度、不同角度的至少四组监测钻孔组(3)，清除监测钻孔组(3)内的岩屑残渣，并对监测钻孔组(3)进行除水干燥，所述监测钻孔组(3)包括核磁监测钻孔(3
‑
1)和供电钻孔(3
‑
2)，其中供电钻孔(3
‑
2)内布设有用以形成均匀电场的通电导线；d.将核磁共振微缩传感器(4)送入核磁监测钻孔(3
‑
1)底部，与核磁共振微缩传感器(4)连接的信号传输线(5)引出监测钻孔组(3)并连接有信号集成放大器(6)，信号集成放大器(6)连接有信号处理器(7)；e.实时统计信号处理器(7)对不同钻孔位置周围岩层基质内的水信号进行监测，若核磁信号急剧增大时，要对该监测钻孔组(3)区域内依次实施“疏水
‑
注浆
‑
监测”三位一体技术手段，通过疏减岩层内高压水量、注入浆液填充固化和原位实时数据监测的时空协同，实现潜在水缘性灾害的有效防治。3.根据权利要求2所述的一种基于核磁共振微缩传感器的地下空间水缘性灾害智能报警技术，其特征在于：岩层(2)位置分别钻取典型岩心直径为50mm，长度为50mm，利用岩心取样器进行原位保压，且每一地层所采集的典型岩心数量至少为5个。4.根据权利要求3所述的一种基于核磁共振微缩传感器的地下空间水缘性灾害智能报警技术，其特征在于：岩心取样器材质为无机非金属材料pmmr，最大耐温与压力分别为150℃、70mpa。5.根据权利要求4所述的一种基于核磁共振微缩传感器的地下空间水缘性灾害智能报警技术，其特征在于：利用低场核磁共振仪分别对初始状态和完全干燥状态的保压岩心进
行核磁信号监测，并对多个典型岩心的核磁数据求均值，得到岩层(2)的初始含水量、孔隙率和渗透率。6.根据权利要求2所述的一种基于核磁共振微缩传感器的地下空间水缘性灾害智能报警技术，其特征在于：每组监测钻孔组(3)包括一个供电钻孔(3
‑
2)，供电钻孔(3
‑
2)的周围在钻进面上布置有四个核磁监测钻孔(3
‑
1)，核磁监测钻孔(3
‑
1)直径为120
‑
150mm，供电钻孔(3
‑
2)直径为50
‑
80mm。7.根据权利要求6所述的一种基于核磁共振微缩传感器的地下空间水缘性灾害智能报警技术，其特征在于：四个核磁监测钻孔(3
‑
1)对应的倾角分别为θ1＝60
°
、θ2＝45
°
、θ3＝30
°
、θ4＝15
°
对应的方位角分别为α1＝
‑
45
°
、α2＝
‑
60
°
、α3＝45
°
、α4＝60
°
，且核磁监测钻孔(3
‑
1)深度均达到与潜在水源区域(1)距离在5
‑
10m的范围内；供电钻孔(3
‑
2)倾角为四个核磁监测钻孔(3
‑
1)的中心位置，供电钻孔(3
‑
2)孔深超过核磁监测钻孔(3
‑
1)沿轴向方向的孔深长度约1
‑
2m，且要求不钻入含水区。8.根据权利要求2所述的一种基于核磁共振微缩传感器的地下空间水缘性灾害智能报警技术，其特征在于：核磁共振微缩传感器(4)外部设有可以开合的自支撑骨架、头部设有控制自支撑骨架(4
‑
2)打开的触发端头(4
‑
1)，当核磁共振微缩传感器(4)的触发端头(4
‑
1)接触到核磁监测钻孔(3
‑
1)孔底后控制两侧的自支撑骨架(4
‑
2)张开，从而将磁共振微缩传感器(4)固定在核磁监测钻孔(3
‑
1)的轴向方向，偏向误差规定为小于5
°
。9.根据权利要求2所述的一种基于核磁共振微缩传感器的地下空间水缘性灾害智能报警技术，其特征在于：利用公式
△
δ＝δ2‑
δ1计算得到核磁监测钻孔(3
‑
1)成孔之后周围岩体的核磁信号强度δ2与步骤b中干燥岩心的核磁信号强度δ1差，每个核磁监测钻孔(3
‑
1)中设置的核磁共振微缩传感器(4)间隔一个检测周期时间t1、t2、t3、
…
、t
n
发送核磁信号强度差值
△
δ
t1
、
△
δ
t2
、
△
δ
t3
、
…
、
△
δ
tn
，若
△
δ
t1
＝
△
δ
t2
＝
△
δ
t3
＝
…
＝
△
δ
tn
,则表明岩石结构比较致密导致压力水锋线未向前运移；若
△
δ
t1
≠
△
δ
t2
≠
△
δ
t3
≠
…
≠
△
δ
tn
,则表明当前核磁共振微缩传感器(4)附近岩石多尺度孔隙结构由压力水渗流填充，岩石基质内富含大量的水分，反映潜在水源内的压力水出现向四周渗透现象。10.根据权利要求9所述的一种基于核磁共振微缩传感器的地下空间水缘性灾害智能报警技术，其特征在于：对于核磁监测钻孔(3
‑
1)获得的核磁信号强度，若不同核磁监测钻孔(3
‑
1)的
△
δ变化时，构建基于核磁强度差值比
△
δ％的水侵方向评价方法，即：根据水侵评估方向结果，沿该方向采取响应的“疏水
‑
注浆
‑
监测”三位一体处理方法，式中，δδ
itj
、δδ
mtj
分别表示水侵方向沿钻孔i方向、m方向的核磁强度差值比。

技术总结
本发明公开一种基于核磁共振微缩传感器的地下空间水缘性灾害智能报警方法，适用于城市地下空间对不可视水源的监测。采用电阻率测试法对成型地下空间的主要水源分布区域进行探测，并根据低电阻分布特征获取潜在水源位置；钻取不同围岩岩心，利用低场核磁共振法测试完全干燥状态下的岩心核磁信号；分别向潜在水源位置钻取不同深度、不同角度的监测钻孔，清除钻孔内的残余水渣并干燥钻孔，向钻孔内送入低场核磁共振微缩传感器，实现围岩内水的空间分布演化实时化；根据获得的核磁孔隙特征和水信号，构建诱发水害的预警阈值和安全评估准则，为突水灾害预警及防治提供充分的数据基础。该方法操作简单，能够实现岩层潜在水缘性灾害的智能报警。灾害的智能报警。灾害的智能报警。


技术研发人员：徐吉钊 翟成 杨培强 范宜仁 孙勇 葛新民 吴飞 朱薪宇 王宇 黄婷 丛钰洲 郑仰峰 唐伟 李宇杰
受保护的技术使用者：苏州纽迈分析仪器股份有限公司 中国石油大学（华东）
技术研发日：2021.06.25
技术公布日：2021/9/27